JP4915783B2

JP4915783B2 - 給液制御装置

Info

Publication number: JP4915783B2
Application number: JP2006234934A
Authority: JP
Inventors: 博一牟田; 雄三大野; 和弘吉田; 孝尚松岡
Original assignee: Iseki and Co Ltd; Kochi University NUC
Current assignee: Iseki and Co Ltd; Kochi University NUC
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2026-08-31
Also published as: JP2008054573A

Description

本発明は、果実の養液栽培において、自動的に給液制御が行える果実の養液栽培における給液制御装置に関する。

果実の品質は果実の糖度、果実の表面の色つやなどで判断され、特に糖度を高めることが果実の栽培技術に要求されることである。
特開平１０−２８４７６号公報には必要最小限の水分添加を行うことでトマトなどの果実の糖度を高める方法が開示されている。また、特開平１０−２７１９２４号公報には養液栽培期間の内の少なくとも１週間以上の栽培期間を電気伝導度が所定の範囲の高電気伝導度養液を用いて高糖度トマトを栽培する方法が開示されている。
特開平１０−２８４７６号公報特開平１０−２７１９２４号公報

前記特許文献１記載の発明は、必要最小限の水分添加を行うために小鉢への給水を毛管布化を介して養液槽内に所定量の肥料と微量成分を含む養液を供給することで、できるだけ水分補給をしないようにするという栽培方法であり、前記特許文献２記載の発明は、栽培開始時には電気伝導度（ＥＣ）を０．１〜１．０Ｓ／ｍとし、養液栽培の進行に応じて徐々に養液のＥＣを高めながら高糖度トマトを栽培する方法である。

前記いずれの方法も、経験則に従って、マニュアル操作で果実を栽培する方法であり、栽培者の技能に大きく依存する栽培方法である。
本発明の課題は、果菜又は果実の養液栽培において、栽培者の技能に依存しないで給液の自動化が可能な給液制御装置を提供することである。

本発明の上記課題は、次の解決手段で解決される。
請求項１記載の発明は、光を照射し果実からの反射光を受光することにより乾物率を含む内成分情報を測定するプローブ（３）を有し、生育途中の栽培果実の内成分情報を栽培果実を破壊せずに測定する内成分情報測定装置（１）と、果実を受けるラッパ状のサンプルホルダー（７）と、該サンプルホルダー（７）の内壁に折り畳み可能に設けた、プローブ（３）からの光が照射される位置に移動可能に設けた参照測定用リファレンス（４）と、該内成分情報測定装置（１）で得られた果実の生育途中の乾物率を含む内成分情報から予め作成した演算モデルに基づいて果実の成熟時の予測糖度を得る構成とし、前記演算モデルは、果実の受粉後の栽培週令によって異なる演算方程式を使用する成熟時の予測糖度算出装置（１１ａ）と、該成熟時の予測糖度算出装置（１１ａ）で得られた栽培果実の成熟時の予測糖度と栽培果実の成熟時の目標として予め設定される目標糖度とを入力して、前記予測糖度と前記目標糖度とを比較する比較装置（１１ｂ）と、該比較装置（１１ｂ）により求められる前記予測糖度と前記目標糖度との差異が小さくなるように栽培果実の栽培条件を変更できる栽培条件設定装置（１１ｃ）と、該栽培条件設定装置（１１ｃ）で設定された栽培条件に対応した、所定の肥料濃度又は所定の養液供給量の養液を栽培果実に供給する養液供給装置（１４）とを備えたことを特徴とする果実の養液栽培における給液制御装置である。

請求項１記載の発明によれば、内成分情報測定装置（１）により生育途中に栽培果実を破壊せずに該栽培果実の内成分情報を測定し、予測糖度算出装置（１１ａ）により前記内成分情報から栽培果実の成熟時の予測糖度を即座に得ることができ、該予測糖度と目標糖度との差異が小さくなるように養液供給装置（１４）により生育途中で給液条件を変える等の給液制御を自動的にかつリアルタイムに行うことができ、精度良く所望の糖度の果実を収穫することができると共に、栽培の省力化が図れる。

本発明の実施例を図面とともに説明する。
図２に果実の内成分情報測定装置１の概略図を示す。発光部を備えた内成分情報測定装置１の側壁部に接続した光ファイバーチューブ２の先端に反射光スペクトル測定用のプローブ３を設けている。プローブ３の先端部の平面図を図３に示す。このプローブ３は、外枠３ｃを備え、該プローブ３の中心部には試料からの内部拡散反射光を受ける受光孔３ａを設け、その周囲に光放射リング３ｂを設けている。従ってプローブ３の光放射リング３ｂから光を放射する。そしてプローブ３の先端を挿入して参照用測定をするためのリファレンス４を内成分情報測定装置１の上部に装着している。

図４又は図５の斜視図に示すようにリファレンス４はプローブ３の先端が挿入できる大きさの筒体４ａと該筒体４ａの一方の端部に該筒体４ａの直径より直径の大きな白色のフッ素樹脂製の球体４ｂを接着している。筒体４ａと球体４ｂとの接続部分には図４又は図５の斜視図に示すような感光センサ４ｃを設けている。また、プローブ３が内成分情報測定装置１内にあるハロゲンランプ装置の光を発光して対象となる物質からの散乱光を吸光する構成である。

図６に示すように、参照測定を行うリファレンス４に前記プローブ３を挿入し、内成分情報測定装置１のリファレンススイッチ５を押すか又は感知センサ４ｃがプローブ３を感知することで、リファレンス４による参照測定が行われる。リファレンス４内にプローブ３を挿入して白色のフッ素樹脂製の球体４ｂからの散乱光を内成分情報測定装置１が感知して内成分情報測定装置１は自動的に参照測定をすることができる。

プローブ３を用いて行う試料（果実）からの散乱光を一回〜数回測定する毎に一回は白色球体４ｂを用いて参照測定を実施している。参照測定の実施頻度が高い程、経時的な環境の変化に対応でき、内成分の測定誤差を抑えることができる。
この試料の散乱光測定と白色のフッ素樹脂製の球体４ｂを用いる参照測定は、プローブ３の先端を筒体４ａに挿入するだけの簡単な操作であるので、内成分の測定のスピード化が可能である。

図６には他の実施例のプローブ３とリファレンス４の組み合わせを示す。試料（果実）の糖度を測定するプローブ３にラッパ状のサンプルホルダー７を設けて外光を遮断した状態でその中に曲面を備える半球状の参照測定用リファレンス４を取り付けている。該半球状のリファレンス４を折り畳み可能にプローブ３の内壁に設けているので、参照測定を実施するたびにプローブ３から試料に向けて照射している光を遮る方向に半球状のリファレンス４を移動することで参照測定が可能となる。このリファレンス４の操作をブローブ３の外壁部に設けたスイッチ６の操作で行うことができる。

図７の一部断面図に示すように、プローブ３を覆うカバー（サンプルホルダー）７を巾着袋状にすることで、外光を遮断しながら試料の糖度をより正確に測定することができる。なお、図８には図７の一変形例のサンプルホルダー７を用いた本実施例の試料の内成分情報測定装置１の一例を示している。この試料の内成分情報測定装置１は、プローブ３、ハロゲンランプ装置９、ＮＩＲ（近赤外線）分光分析器１０、パソコン１１、プローブ３とハロゲンランプ装置９を接続する光源用光ファイバー１２及びプローブ３とＮＩＲ分光分析器１０を接続する受光用光ファイバー１３から構成し、ブローブ３を覆うサンプルホルダー７はプローブ３と試料を覆う部位だけを覆って外光を遮断するため伸縮性のあるゴム製としても良い。なお、ハロゲンランプ装置９は光量を調節するつまみ９ａと光源用光ファイバー１２への光を遮断する手動シャッター９ｂを設けている。
以下、トマト果実における例についてより具体的に説明するが、本発明は下記実施例により制限を受けるものではない。

次にＮＩＲ（近赤外線）分光分析器１０を備えた内成分情報測定装置１にて得られるトマト果実の近赤外線スペクトルは７５０〜９００ｎｍの波長領域において記録し、この記録結果から乾物率（ＤＭ）及び澱粉含量（正確には澱粉含有率）を演算し判定する。この乾物率（ＤＭ）及び澱粉含量の演算は、パソコン１１により実行されることとなる。また、果実（トマト）の柄を上方にして上下に３等分に区分して上方から果柄部、赤道部（中間部分）、果頂部とした場合、果実（トマト）の成熟度に拘わらず該果実（トマト）の前記果柄部及び果頂部の内成分情報に対して前記赤道部（中間部分）の内成分情報は果実全体の平均的な値を示すので、各果実の近赤外線スペクトルは、その前記赤道部（中間部分）に沿って１８０度離れた２箇所（果実中心に対して対称な位置）で測定し、この測定値を平均して得る。

そして、上記内成分情報測定装置１で測定した果実の受粉後に栽培週令をオペレータがパソコン１１に入力すると、内成分情報測定装置１で得られた乾物率（ＤＭ）並びに澱粉含量及び前記栽培週令のデータから、所定の演算モデル（以降に示す演算方程式を含む）に基づいて予測される成熟時の果実の可溶性固形物含量（ＳＳＣ）が演算される。乾物率（ＤＭ）及び澱粉含量の値により成熟果実の可溶性固形物含量（ＳＳＣ）を予測するための演算方程式は、様々な週令（本例では６週令から１０週令）によって異なる。その演算方程式を示すと、６週令の値から演算できる方程式は、
（ＳＳＣ）＝１．５５４＋０．４８８（６週令のＤＭ）＋０．３６１（６週令の澱粉含量）
７週令の値から演算できる方程式は、
（ＳＳＣ）＝０．５２１＋０．８０４（７週令のＤＭ）＋０．０４９（７週令の澱粉含量）
８週令の値から演算できる方程式は、
（ＳＳＣ）＝０．３４２＋１．２５９（８週令のＤＭ）−０．０９９（８週令の澱粉含量）
９週令の値から演算できる方程式は、
（ＳＳＣ）＝０．１９８＋０．６７５（９週令のＤＭ）−０．０６１（９週令の澱粉含量）
１０週令の値から演算できる方程式は、
（ＳＳＣ）＝０．４８９＋０．８２６（１０週令のＤＭ）＋０．００５５（１０週令の澱粉含量）
となる。なお、上記方程式における成熟果実の可溶性固形物含量（ＳＳＣ）は、冬期の栽培で着果後１１週令乃至１２週令で収穫した場合を想定しており、成熟果実の糖度に相当する。一般的に、この糖度が目標値（例えば８Ｂｒｉｘ％）となるよう養液を制御して所望の品質の果実を収穫しようとするのである。また、上記方程式における乾物率（ＤＭ）の単位は％Ｗ／Ｗとなり、澱粉含量（澱粉含有率）の単位は乾物基準の重量パーセント（％Ｗ／Ｗ dry basis）となる。

成熟時の予測糖度算出装置１１ａで得られた栽培果実の成熟時の予測糖度と栽培果実の成熟時の目標として予め設定される目標糖度とを入力して、予測糖度と目標糖度を比較装置１１ｂで比較し、該比較装置１１ｂにより求められる前記予測糖度と目標糖度との差異と予測糖度の変化状況に応じて栽培条件設定装置１１ｃで栽培果実の栽培条件を逐次設定し、新たに設定された栽培条件となる所定の肥料濃度、所定濃度の養液の所定の供給量又は所定の前記養液量の給液回数に基づいて養液供給装置１４より養液を栽培中の果実に供給する。なお、作業者が養液供給切替パターンを設定して、栽培条件設定装置１１ｃにより前記所定の肥料濃度、所定濃度の養液の所定の供給量又は所定の前記養液量の給液回数の何れを自動的に変更設定するかを選択できる。前記予測糖度算出装置１１ａ、比較装置１１ｂ及び栽培条件設定装置１１ｃは通常はパソコン１１内に設けられている。

図９には前記内成分情報測定装置１等を用いる栽培施設の制御フローチャートを示す。着果後、内成分情報測定装置１により得られる乾物率（ＤＭ）と澱粉含量とから予測糖度となる可溶性固形含量（ＳＳＣ）を逐次演算し、着果後、ＰＩＤ制御に入る所定期間は、予測糖度が比較装置１１ｂに入力される目標糖度より小さいとき、水ストレスを与えるべく栽培条件設定装置１１ｃ内の養液供給制御装置に養液供給制御装置に予測糖度と目標糖度との差を小さくする所定の肥料濃度、所定濃度の養液の所定供給量又は所定の前記養液量の給液回数の変更数値を出力する。

そして、着果後、所定期間を過ぎると、予測糖度の値並びに該値の変化と目標糖度とに基づいて、ＰＩＤ制御により栽培条件を設定し、栽培条件設定装置１１ｃ内の養液供給制御装置に養液供給制御装置に予測糖度と目標糖度との差を小さくする所定の肥料濃度、所定濃度の養液の所定供給量又は所定の前記養液量の給液回数の変更数値を出力する。

なお、前記ＰＩＤ制御は、予測糖度と目標糖度との差異だけでなく、微小期間における予測糖度の変化の傾向を加味して制御し、予測糖度（可溶性固形物含量（ＳＳＣ））が目標糖度付近で大幅に上下変動しないように円滑に制御できるものである。

ＰＩＤ制御による栽培時期によるＳＳＣ（予測糖度）の変遷の一例を図１０に示す。実際に行った試験に基づく予測糖度と目標糖度との差に対する所定の肥料濃度、所定濃度の養液の所定の供給量又は前記所定の前記養液量の給液回数の各々の変更数値は、下記の表１に示す通りである。

１日における肥料給液可能時刻は、午前８時から午後６時までとする。
水ストレスが高すぎると栽培において悪影響を与えるおそれがあるので、例えば肥料濃度は３．５ｄＳ／ｍ、該肥料濃度の養液供給量では６０ｍｌ／回、該養液の給液回数では８回／日を限界条件として、予測糖度と目標糖度との差が大きく、高い水ストレスを与える必要があっても、上記限界条件を使用する。

所定の肥料濃度、所定濃度の養液の所定の供給量又は所定の前記養液量の給液回数のいずれを自動的に制御させるかは、養液供給切替パターン設定により、オペレータの判断で切替できる。
なお、培地の水分変化が激しいときは、所定の肥料濃度又は所定濃度の養液の所定の供給量を変更するようにして、所定の前記養液量の給液回数を変更しない（給液と給液との時間間隔が大きくならない）ようにするのが好ましい。
上記の給液制御により、実際にトマトの糖度を目標糖度にコントロールすることができた。

肥料の主成分は、カリウム、カルシウム、マグネシウム、硝酸態窒素、燐酸等である。

このように、生育途中で予測される栽培果実の成熟時の糖度目標との差異に基づいて、成熟時の糖度目標が得られるように生育途中で果実の栽培条件を自動的に変更設定することができ、所望の品質の果実を収穫することができると共に、栽培の省力化が図れる。

なお、上述では、果実としてトマトを例にして詳述したが、これに限られるものではなく、トマト以外の果実に応用してもよい。

本発明により、生育途中で栽培果実の成熟度を予測しながら栽培条件を調節して所望の品質の果実を収穫することができると共に、栽培の省力化が図れる。

本発明の自動化した果実栽培施設の構成図である。本発明の一実施例の果実の内成分情報測定装置の概略図である。図２の内成分情報測定装置のプローブの先端部の平面図である。図２の内成分情報測定装置のリファレンスの斜視図である。図２の内成分情報測定装置のリファレンスの斜視図である。内成分情報測定装置のリファレンスを備えたプローブの側面図である。本発明の一実施例の果実の内成分情報測定装置のプローブの側面図である。図７の一変形例のサンプルホルダーを備えた本発明の一実施例の果実の内成分情報測定装置の全体図である。本発明の実施例の果実の内成分情報測定装置を用いる栽培施設の制御フローチャートである。ＰＩＤ制御による栽培時期によるＳＳＣ（予測糖度）の変遷の一例を示した図である。

符号の説明

１内成分情報測定装置２光ファイバーチューブ
３プローブ３ａ受光孔
３ｂ光放射リング３ｃ外枠
４リファレンス４ａ筒体
４ｂ球体４ｃ感光センサ
５リファレンススイッチ６スイッチ
７サンプルホルダー９ハロゲンランプ装置
９ａ光量調節つまみ９ｂ手動シャッター
１０ＮＩＲ（近赤外線）分光分析器１１パソコン
１２光源用光ファイバー１３受光用光ファイバー
１４養液供給装置

Claims

光を照射し果実からの反射光を受光することにより乾物率を含む内成分情報を測定するプローブ（３）を有し、生育途中の栽培果実の内成分情報を栽培果実を破壊せずに測定する内成分情報測定装置（１）と、
果実を受けるラッパ状のサンプルホルダー（７）と、
該サンプルホルダー（７）の内壁に折り畳み可能に設けた、プローブ（３）からの光が照射される位置に移動可能に設けた参照測定用リファレンス（４）と、
該内成分情報測定装置（１）で得られた果実の生育途中の乾物率を含む内成分情報から予め作成した演算モデルに基づいて果実の成熟時の予測糖度を得る構成とし、前記演算モデルは、果実の受粉後の栽培週令によって異なる演算方程式を使用する成熟時の予測糖度算出装置（１１ａ）と、
該成熟時の予測糖度算出装置（１１ａ）で得られた栽培果実の成熟時の予測糖度と栽培果実の成熟時の目標として予め設定される目標糖度とを入力して、前記予測糖度と前記目標糖度とを比較する比較装置（１１ｂ）と、
該比較装置（１１ｂ）により求められる前記予測糖度と前記目標糖度との差異が小さくなるように栽培果実の栽培条件を変更できる栽培条件設定装置（１１ｃ）と、
該栽培条件設定装置（１１ｃ）で設定された栽培条件に対応した、所定の肥料濃度又は所定の養液供給量の養液を栽培果実に供給する養液供給装置（１４）と
を備えたことを特徴とする果実の養液栽培における給液制御装置。